海底采矿系统技术综述

郑皑皑

摘要：深海底蕴藏着极为丰富的矿产资源，其中最具开发价值的有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等。近年来，随着我国经济的迅速发展，对资源的需求也越来越大，只有不断开发研究新的海底采矿系统，才能更好开采海底矿产资源。

关键词：海底；采矿系统；专利

一、海底采矿系统的类型及特点

伴随着全球经济实力的显著提升，海洋产业发展迅速，为深海采矿的发展提供了良好的基础，最具开发价值的有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等，例如多金属结核是海洋中的一种重要的矿产资源，其含锰、铁、镍、钴、铜等几十种金属，并且储存量巨大。

（一）多金属结核采矿系统

通常情况下，多金属结核采矿系统包括吸矿軟管、扬矿软管以及连通在吸矿软管和扬矿软管之间的扬矿驱动组件，其中，该扬矿驱动组件包括位于海面下的潜污泵和分离器，分离器通过吸矿控制阀与吸矿软管连通，位于分离器顶部的分离水出水口与潜污泵进水口之间通过抽水控制阀连通，位于分离器底部的结核排出口分别通过排水控制阀和扬矿控制阀与潜污泵的出水口和扬矿软管连通，克服了携矿速度低、能量消耗大、开采成本高等缺点。

（二）海底富钴结壳采矿系统

常见的海底富钴结壳采矿车结构如下，包括底座、行走装置、采矿头、集矿头和收集装置，底座固定于行走装置上，采矿头固定于支架上并接触地面以进行富钴结壳破碎，集矿头固定于底座上并沿采矿车前进方向设于采矿头之后，收集装置固定于底座上且连接集矿头并为集矿头提供负压以吸取采矿头破碎富钴结壳后产生的富钴结壳矿浆，履带能自适应富钴结壳矿区复杂多变地形；在采集作业工作中能调节切削破碎采矿头的离地工作高度降低贫化率。

（三）多金属硫化物采矿系统

常见的多金属硫化物采矿系统包括四个采用螺旋结构的切削滚筒，分别安装在防护罩内的前后左右侧的同一水平高度。调高油缸一端与集矿车前端铰接，另一端与小臂固定。调斜油缸固定于集矿车和大臂之间。微调油缸一端与切削支架铰接，另一端与滚筒连接。大臂一端与集矿车铰接，另一端与小臂间用卡套连接。对截割机构高度、倾角的调节，大大提高了采矿效率。

（四）海底表层可燃冰采矿系统

常见的海底表层可燃冰专用铲车，包括有车体，转动安装在车体前部两侧的两个主动轮，以及转动安装在车体后部两侧的两个从动轮；车体上安装有两个分别用以驱动两个转动轮的驱动电机；车体前端连接有一个铲斗，铲斗内下端沿左右方向等距连接有多个纵向设置的筛板；铲斗后端上部具有一个后延伸部，后延伸部一侧连接有一个出料筒，后延伸部内的后端面异于出料筒的一侧连接有一个斜导板。采用本发明的铲斗将破碎后的固态可燃冰进行提升以便于将之转运到传送带之上，相比于其他方式而言，各个执行部件的动作幅度很小，避免了固态可燃冰在输送至可燃冰开采井的过程中产生分解的情况。

二、本国专利量申请趋势

在2000 年以前，关于海底采矿设备的国内专利申请量非常少，说明该设备在国内属于新兴的专业设备，近十几年前刚在中国起步；但而随着中国本国技术的进步与对深海矿产开发需求量的不断增加，我国海底采矿设备专利的申请量呈现逐年增加的趋势，且最近十年来申请量的增加速度非常快，表明该技术在我国的应用需求也增长迅速。

三、海底采矿系统的发展趋势

预计到2030 年，我国的对海底资源的需求与勘探量会依然保持持续增长的趋势，海底采矿系统作为海底矿产开发中不可或缺的设备，发展还有很大空间。通过对海底采矿系统发展的综合分析，笔者认为，我国海底采矿系统将会朝着以下几个方面发展：（1）提供一种可用于深海采矿车的打滑状态监控装置及深海采矿车，以解决深海采矿车无法对打滑状态进行监控和判断的现有技术问题。（2）开发一种控制海底富钴结壳切削深度的液压系统，能有效适应海底富钴结壳开采过程中的微地形变化与结壳厚度变化，具有成本低廉，简单可靠，易于实施等优点。（3）研发一种智能化协同作业海底集矿装备，使水下探测器、海底采矿车和储矿车不仅能分别完成探测、采矿、储矿和加工的功能，而且各个设备之间实现了协同配合，显著提高了海底采矿作业的安全性和高效性。（4）提供一种深海矿产资源开发系统，解决现有的海洋矿产资源开采装置的水面采矿船拖曳水下系统进行水下矿产资源的采集，遇到大风浪等海上恶劣天气时，水面采矿船需拖曳整个系统躲避风浪，作业要求较高且对海上风浪天气敏感的技术性问题。